Предохранительная фрикционная муфта

 

Комитет Российской Федерации по патентам и твварньтм знакам

3 (2Ц5847076/27 (2 М 0592

$48)30ЛФЭЗ Sea Ив 4Э.-И

P6) Ыишкарев Михаил Г)авпович ф4) ЛРЩОХУАЦИТВЪНАЯ ФРИКЦИОИНАЯ

Nrem фЩ Суцность изобретения: ведущая 3 и: ведомая

2:полумуфты связаны фрикционным дискам 3, размещенным между упорным и нажимным 4 дисками и зажатым между ними посредством пружин 7, надетых íà штоки 5, закрепленные на нажимном диске 4. И1арики 8 расположены в гнездах переменной глубины с криволинейными образующими рабочих поверхностей, выполненных в упорном.и промежуточном б дисках Штоки 5 входят в отверстия промежуточного диска 6 с возможностью осевого перемещения. Диск 6 подлружинен лружинои 9 с переменной осевой жесткостью. При передаче нагрузки нэ шариках 8 возникает распорная сила, вследствие чего происходит перемещение вправо промежуточного диска 6 и уменьшение силы сжатия пружин У, что облегчает буксование полумуфт 1 и 2. 3 ил.

2003884 ведущую v ведомую полумуфты, связанные, no меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым посредством упругих элементов к жестко закрепленному на ведущей

6 полумуфте упорному диску через установленный с возмо>кность!о осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты нажимной диск с жестко закрепленными на нем штоками, расположенными !

О. с воэможностью осевого перемещения s отверстиях, выполненных в установленном с вазможностью осевого и окружного перемещения относительна ведущей полумуфты промежуточном диске, поджатом в направ16 лении упорного диска посредством упругоro элемента, и отжим«ой стабилизиру!ощий узел, выполненный В виде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины, выполненных на взаимосбращенных торцовых поверхностях упорного и промежуточного дисков, начальное усилие сжатия упругого элемента промежуточного диска равно суммарному начала«ему усилию упругих элементов нажимного диска, гнезда 5 переменной глубины выполнены с криволинейными рабочими поверх«остлл!и, упругий элемент промежуточного диска выполнен с переменной Огевой . -Кес1кост!.,l0, flpvt этом криволи«ейные Образующие рабочих пО-.

40 верхностей гнезд переменной глубины, Осевая жесткость упру-ого элемента проме>куточного диска и Величина угла наклона касательной В точке ко!г!акта тела качения и криволинейной Образующей гнезда ф

K осевой плоскости, проходящей через центр тела качения., определьчотся зависимостями; — - —; — у ; — (д !и (1 +ф)

) pf

Х = F-„„

2F (— — ь — (к — 1) — "- и)+7х + ехп п c ., Fn

F!l - z x и F!! - z x n R«, Е! =

tg а= р-Ф, Г 45

1 где r — радиус окружности, на которой расположены тела качения; ф — положительное отклонение среднеm коэффициента трения f между фрикцион- И ными дисками, К вЂ” число пар поверхностей рений фрикционных дискон;

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов ограниченной величины.

Известна предохранительная фрикци" онная муфта, содержащая две полумуфты, связанные посредством фрикционного диска, зажатого между упорным и нажимным дисками, отжимной стабилизирующий узел и нажимную пружину(Поляков 8;С., Барбаш

И.д, Муфты, М.: Машгиз, 3964, с,294, рис. 379).

Муфта обладает невысокой точностью .срабатывания.

Наиболее близкой к изобретению является предохранительная фрикционная муфтаз, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные фрикционным диском. поджатым посредством упругих элементов к жестко закрепленному на ведущей полумуфте упорному диску через установленный с возмо>кностыо oceeoro и окружного перемещения нажимной диск с жестко закрепленными на нем атаками, расположенными в выполненных на промежуточном диске отверстиях с возможностью осевого перемещения, отжимной стабилизирующий узел, выполненный g виде >е!! качения, размещенных в гнездах переменной глубины ме кду упорным и г!ромежуточ= иым дисками, причем упругие элементы расположены на штоках между нажимным и промежуточным дисками, а промежуточнь!й диск подпрухсинен к упорн6му диску Щ

Иедостаток известной. муфты заключа ется в ограниченной очности срабатываНИЯ.

Цель изобретения — повышение точности срабатывания предохранительной фрикционной муфты.

Это достигается тем, что в предохранительной фрикционной муфте, содержащей

Rcl>, — средний радиус трения фрикционНЫХ ДИСКОВ, Х, V — текущие координать! криволинейной образующей боковь!х поверхностей гнезд переменной глубины;

Г!! — сум!!арная сила сжатия упругих элементов на>кимного диска;

z — осевая жесткость упругого элемента нажимного диска;

2003884 п — число упругих элементов нажим ного диска;

zl —.осевая жесткость упругого элемента промежуточного диска;

fl — коэффициент трения между штоками и промежуточным диском;

Rl — радиус окружности, на которой расположены штоки; д — осевая деформация упругого элемента промежуточного диска, соответствующая его начальной силе сжатия.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предохранительной фрикционной муфты; на фиг;2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3- профиль рабочей поверхности гнезда переменной глубины.

Предохранительная фрикционная муфта содержит саосна установленные ведушую 1 и ведомую 2 полумуфты, связанные фрикционным диском 3. Последний pGcfloложен между упорным диском, жестка закрепленным на палумуфте 1, и нажимным диском 4, установленным с возможностью осевога и окружного пеаемещения относительно палумуфты 1, На нажимном диске 4 жестко закреплены штоки 5, расположенные с возможностью Осевого перемещения в отверстиях прамежуточнага диска 6, установленного на палумуфте 1 с вазможностью осевого и акружнага перемещения.

Упругие элементы в виде пружин 7 сжатия установлены на штоках 5 между нажимным 4- и лрамежутачным 6 дисками с предварительным сжатием, Отжимной стабилизирующий узел включает тела качения в виде шариков 8, расположенных в гнездах переменной глубины, которые выполнены в упорном и прамежуточном дисках. Рабочие (боковые) поверхности гнезд образованы кривыми линиями (фиг.2,3).

Начальное усилие сжатия упругого элемента в виде пружины 9, под>кима ащей диск 6 в направлении упорного диска и выполненной с переменной осевой жесткостью, т,е. нецилиндрической формы, выбрано равным суммарному усилию сжатия пружины 7, Усилие сжатия пружины 9 может регулироваться регулировачным элементом 10, Усилия сжатия пружин 7, выполненных с постоянной осевой жесткостью, могут также регулироваться регулировачными элементами (на чертеже не показаны).

Шарики 8 могут быть расположены в 55 гнездах переменной глубины с зазором либо без зазора. Количество фрикционных дисков 3 в общем случае может превышать 1.

Предохранительная фрикционная муфта работает следующим образам. При рабоПри наступлении перегрузки возрастает осевая реакция на шариках 8 и промежуточный диск 6 перемещается вправо, В результате этого сила сжатия пружины 9 возрастает, а суммарная сила сжатия пружин 7 уменьшается, что приводит к уменьшению усилия прижатия фрикцнонных дисков и к устранени а перегрузки, Для установления зависимостей между силовыми и геометрическими параметрами элементов муфты, обеспечивающих постояйства, независь1ма ат колебаний коэффициента трения, величины предельного крутящего момента. запишем уравнение предельного крутящего момен ra муфты при

МаКСИМаЛЬНОМ КазффИЦИЕНтЕ ТРЕНИЯ авакс между фрикцианными дисками:

Тмакс = К ср.тчакс(п р), где К вЂ” число пар поверхностей трения фрикцианных дис <ав;

Вср. — средний радиус трения фрикцианных дисков, Fr, — суммарная начальная сила сжатия

flf>Ir >êéé 7;

Ff> — распорная сила на шариках 8 при иакс

Поскольку в соответствии с принятым выше условием распорная сила, действующая на нажимнай диск 4 при передаче номинального крутящего момента, равна нулю, имеем;

Тн = К срРлт, (2) где ҄— номинальный крутящий момент;

- средний (расчетный) коэффициент трения межд фрикцианными дисками.

В соответствии с принятым условием ЛТ

= Тмакс Тн =. О. ВЫЧИтаЯ ЛЕВУЮ И ПРаауЮ те крутящий момент передается от упорного диска на фрикционный диск 3 (одна часть) и посредством шариков 8, промежуточного диска 6, штоков 5 и на>кимного диска 4 — на фрикционный диск (вторая часть). Вследствие этого в начальный период работы муфты нажимной 4 и промежуточный 6 диски сместятся в окружном направлении относительно упорного диска, шарики 8 вступят в контакт с рабочими поверхностями гнезд переменной глубины, в результате чего на шариках возникает осевая реакция, направленная противоположно вектору силы сжатия пружины 9, Параметры муфты подбираются таким образом, чтобы при передаче номинального крутящего момента промежуточного диск 6 сохранял состояние ocBBQf0 равновесия.

2003884 части уравнения (2) из левой и правой частей (1), получим, с учетом 1макс - f(1 + p); р п + (3) где,и — величина положительного среднего 5 коэффициента трения 1, С другой стороны т К-1

Но в соответствии с принятым условием

Т - const, следовательно из (4), с учетом (3) и тога, что Т - KFnRepУ, получаем:

= ф р Ф; где Y — производная функция; г — радиус окружйости, на которой расположены шарики 8;

Q — текущий угол между касательной к криволинейной образующей рабочей по- 20 верхности гнезда переменной глубины и осевой плоскостью, проходящей через центр шарика.

Используя геометрическую интерпретацию производной, находим первообразную 25 функцию:

30,Я Ь =,{ XdXdz = (z — zo} —, (12) х. ко о (13) где Fn — сила нормального. давления на штоках 5, И1 — коэффициент трения между штоком

40 5 и промежуточным диском 6;

2о — ОСЕВаЯ жЕСтКОСтЬ ПРУЖИНЫ S, СООтветствующая передаче номинального крутящего момента;

R> — радиус. окружности, на которой рас45 положены штоки 5, Поскольку при-передаче Тн проме>куточный диск 6 находится в состоянии осевого равновесия под действием взаимно уравновешенных пар сил Fn = Fn1, р = тр, где Fn> — начальная сила сжатия пружины 9:

F p, — сила трения на штоках 5, .получаем П

55 Fn = Zo А HË 2о = - - (14) где д — осевая деформация пружины 9, соответствующая ее начальной силе сжатия, Подставив выражения (10 — 13) в уравнение (9) и решая его, с учетом (14) получим:

F,- zXn, с

+/» zп

,и

v- f "..—." — а,»= о р (и —. In и +,и1}, (6) Функция (6) определяет изменение ординаты криволинейной образующей (фиг,З) в зависимости от р.

Очевидно,.что для рассматриваемой муфты распорная сила равна уменьшения суммарной силы сжатия пружин 7 при перегрузке, т.е, где z — осевая жесткость пружины 7-;

X — осевое перемещение промежуточного диска 6, равное уменьшению величины сжатия пружины 7;

n — число пружин 7, Решая (7) с учетом (3), получим:

Выражения (6) и (8) представляет собой параметрические уравнения для построения криволинейной образующей рабочей поверхности гнезд переменной глубины.

Поскольку перемещение вправо промежуточйого диска 6 сопровождается увеличением угла а и, следовательно, распорной силы Fp в соответствии с выражением (3), пружина 9 должна иметь переменную осевую жесткость, т.е. быть нелинейной. Для установления формулы жесткости пружины

9 воспользуемся уравнением равенства механической работы, совершаемой элементами муфты при их перемещении и деформациях:

УУр+ Мт 9+@ тр„(9) где 9lp — работа, совершаемая распорной силой и направленная на увеличение потенциальной энергии ЬГ4 пружины 9 и на преодоление сил трения на штоках 5;

Ю7 — работа, совершаемая пружинами

7 при их растяжении и равная уменьшению их потенциальной энергии, W p. — работа против сил трения на штоках 5.

Слагаемые (9) имеют следующий вид: р х

Яр= f f Fp{j»)dPdX = о о

= FÄ g» — in i1 +@I} X. (10) 6I17 - = 2 и Х о Х =—

T(Ê-1) Х

1%р. = Fn Х 1 =

К R> п(К=1) f f1X

{ с .

R) 2003884

2Р.(Е Х вЂ” InIР Х вЂ” (К вЂ” 1) я 1)+ Х n+

Z =

ń— гХ и Є— гХ и (15) откуда находим; тц а=R-f>, r

1 (16) где а — величина угла наклона касательной

5 в точке контакта шарика 8 и образующей гнезда переменной глубины к осевой плоскости, проходящей через центр шарика (при передаче Тн)

П ри выборе начала координатной систе10 мы в точке Уо (фиг,З) текущая координата Y определяется из уравнения (6). В случае выбора в качестве оси абсцисс ось Х1, не совпадающую с осью Х, к полученной из уравнения (6) текущей ординате У необходи15 мо прибавлять величину Уо.

Следовательно. муфта обеспечивает постоянство величины предельного крутящего момента независимо от колебаний коэффициента трения, что повышает точность ее

20 срабатывания, (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1432293. кл, F 16 0 7/02, 1986. т

-tgQ, г.К т„(к — 1, Ртя.=- . К 1

Формул- изобретения

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, связанные i-o меньшей мере одним фрикционным диском, поджатым посредством упругих элементов к жес- 30 тко закрепленному на ведущей полумуфте упорному диску через установленный с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты нажимной диск с жестко закрепленны- 35 ми на нем штоками, расположенными с возможностью осевого перемещения в от-, верстиях, выполненных в установленном с возможностью осевого и окружного перемещения относительно ведущей полумуфты промежуточном. диске, поджатом в направлении упорного диска посредством упругого элемента, и отжимной стабилизирующий узел, выполненный в аиде тел качения, размещенных в гнездах переменной глубины. выполненных на взаимообращенных торцевых поверхностях упорного и промежуточного дисков, начальное усилие сжатия упругого элемента промежуточного диска равно суммарному 50 начальному усилию упругих элементов нажимного диска, отличающаяся тем, что гнезда переменной глубины выполнены с криволинейными рабочими поверхностями, упругий элемент промежуточного диска выполнен с переменной осевой

Zg = — 2F< " с.-т ь( (1с — 1) — Е f f > >+

Rn

+Z h+—

F.x дх г

Ща =—

Я1.

При выводе зависимости (15) использованы выражения {3) и (7). устанавливающие соотношение между Х и ц.

Ввиду пренебрежимо малой величины трения качения при перемещении шариков

8 по рабочим поверхностям гнезд переменной глубины работы силы трения не принята во внимание. Также не учтено трение скольжения между полумуфтой 1 и промежуточным диском 6 при перемещении последнего: принято. что промежуточный диск центрируется посредством штоков 5.

Для обеспечения вышеуказанного равенства Fp = Ftp, при передаче Тн представим жесткостью, при этом криволинейные образующие рабочих поверхностей гнезд переменной глубины, осевая жесткость упругого элемента промежуточного диска и величина угла наклона касательной в точке контакта тела качения и криволинейной образующей гнезда к осевой плоскости, проходящей через центр тела качения, определяютсяся зависимостями

Y= „. — 04 — Ь/1+и): (К вЂ” 1)й р 1

/4 (1+И где r - радиус окружности, на которой расположены тела качения;

p - положительное отклонение среднего коэффициента трения между фрикциОнн ымя дисками;

K - число пар поверхностей трения фрикционных дисков;

2003884

Д.б УЯЯ

Составитель В.Шишкарев

Редактор Л.Народная Техред М.Моргентал Корректор Л;Ливринц

Заказ 3338

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

313035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,.ужгород, ул.Гагарина. 303 и р - cpepwA радиус трения фрикционных дисков:.

Х, Y - текущие координаты криволинейной образующей боковых поверхностей гнезд переменной глубины;, Рл - суммарная сила сжатия упругих элементов нажимного диска:

Z - осевая жесткость ynpyror0 элемента нажимного диска;

f> - коэффициент трения между штоками и промежуточным диском;

R1 - радиус окружности,, на которой расположены штоки; д - осевая деформация упругого элемента промежуточного диска, соответствующая его начальной силе сжатия; и - число упругих. элементов нажимного диска;

Zt -.осевая жесткость ynpyroro элемента промежуточного диска.